计算机辅助工艺规划（通用9篇）
计算机辅助工艺规划 篇1
0 引言
在当今的市场经济条件及全球经济一体化的广阔背景下, 许多企业为了增强市场竞争力和快速响应市场的变化而采用多种新技术。现代制造业也因用户追求个性化的需求而以大规模定制化生产为特点, 计算机集成制造 (Computer Integrated Manu-facturing, 简称CIM) 是提高制造竞争力的一个有效方法。为了在CIM环境中各个模块之间实现无缝集成, 在企业中应用计算机辅助工艺规划 (CAPP:Computer Aided Process Planning) , 革新传统的工艺设计手段, 采用以计算机为工具的现代化工艺设计和管理方式是企业上水平、上台阶的关键之一, 也是企业发展迫切需要考虑的问题, 是实现CIM的必需环节。CAPP可解决传统工艺过程设计中的许多问题, 在现代制造业如航空、航天、船舶、动力装备、电子机械、水利机械、武器装备、汽车、通用机械等领域都有广泛的应用。
1 CAPP系统的功能结构及相应技术创新
下面以四川长虹电器股份有限公司 (以下简称:长虹) CAPP系统应用为例, 论述CAPP系统的功能结构及相应的技术创新。
1.1 CAPP系统的功能结构
长虹公司的CAPP应用主要分为7个部分:
(1) 基础数据管理。基础数据的作用体现在两方面, 一是减少工艺设计时的数据录入量, 二是提供准确的工艺知识与能力信息供工艺人员选择。
工艺基础数据包含3方面的内容:工艺知识与术语、工艺材料与装备、车间 (工厂) 与工艺场所。
对于工艺知识与术语, 长虹CAPP提供基础模版, 便于数据的录入与维护。
对于工艺材料与装备, 例如原材料、工装等, 既可通过映射ERP数据库获取, 又可直接在CAPP中根据模版录入数据。
对于车间 (工厂) 与工艺场所, 也可按照工艺材料与装备库建立的方式创建。
(2) 产品数据管理。产品数据来源于设计, 从信息系统而言, 则来源于PDM (Product Data Management, 产品数据管理) 。当产品数据评审 (发布) 后, 信息系统连接到CAPP。在CAPP系统, 即可根据设计图纸和要求, 进行工艺设计。
当产品数据变更后, 同步将变更的消息和变更之后的文件、BOM (Bill of Material, 物料清单) 发布到CAPP, 进而对需要变更的工艺进行处理, 从而保证设计、工艺的同步性。
(3) 工艺BOM管理。设计BOM是面向产品描述的, 在产品制造、装配过程中, 通常不是按照图纸上的表达关系生产的, 而是按照生产工艺、结合制造中所需要的原料、辅料, 复合而成。
CAPP的工艺BOM管理提供BOM复制、调整、增加虚拟件、部件拆分以及BOM比较等各种功能, 保证产品、工艺、制造各环节数据的一致性。
(4) 工艺路线编辑。对于长虹而言, 工艺路线包含两层面的内容, 一是公司 (工厂) 之间物料的制造流程, 二是公司 (工厂) 之内零件、产品的制造流程。目前第一层由产品工艺设计, 第二层由专业工艺设计。
工艺路线编辑解决典型工艺、专业工艺、装配工艺路线等多方面的问题, 是ERP生产管理的关键数据。
(5) 工艺文件编辑。工艺文件是工艺知识积累的载体, 是指导现场操作的关键技术资料。
CAPP提供工艺文件模版定制、文件编辑的功能, 提供各种图形、文字、工程符号编辑的命令, 实现“所见即所得”的文件编辑效果。
(6) 工时定额编辑。对各种工序操作提供工时计算的功能。可以计算“在什么条件下, 对什么对象, 做什么样的操作, 需要的工时是多少”。
工时是制定生产节拍和ERP (Enterprise Resource Planning, 企业资源计划) 能力平衡的重要数据, 也是进行绩效考核的重要依据。
(7) 装配工艺编辑。目前长虹的产品装配工艺是通过文字进行描述的。由于装配工位多、工序复杂、物料种类和数量大, 文字描述的装配工艺在阅读、理解、操作上很难发挥实际作用。
长虹CAPP提供图示化装配工艺流程图, 能以企业的实际装配线、装配工序为主线, 管理各工位的编号、名称、工序、物料、工装、操作、检验等工艺数据。
通过装配工艺流程图, 既清晰地描述了产品装配过程, 又合理地组织了与装配工艺相关的所有数据, 还可以通过系统集成, 将装配工艺流程图的信息 (工艺路线、工艺BOM) 发布到ERP系统。
1.2 与其它系统的集成方案
工艺是设计与生产的桥梁。从设计获取产品数据, 向后端生产发布工艺数据。因此, CAPP系统集成方案是:从PDM获取产品BOM、设计文档、变更信息, 作为工艺设计的基础;工艺设计完成后, 发布数据到ERP系统。在CAPP中, 如果需要绘制简图, 则与CAD集成, 实现简图的绘制与编辑。
1.3 CAPP系统的技术创新
(1) BOM调整。长虹CAPP系统要求允许设计BOM和工艺BOM并存, 并可在设计BOM的基础上产生工艺BOM, 在此基础上, 工艺人员可以根据自己的工艺需要进行相应的调整, 产生满足工艺需要的工艺BOM。
工艺人员可以根据产品上的制造流程进行分厂产品结构树的过滤, 只将含有分厂加工信息的产品零部件信息分配到各分厂, 各分厂的BOM结构可按装配工位来组织产品结构, 这样可以一目了然地看到各个工位上所需的零件、元器件, 从而指导现场工作。这些工位信息也可以自动传递到相关的作业指导文件上, 并保证此信息与其配置BOM是一致的, 如图1所示。
(2) 批次BOM处理。对于长虹旗下电视公司独有的批次BOM, 长虹CAPP系统将通过与PDM集成提取设计配置结果, 同时生成与设计配置对应的工艺配置结果, 同时生成配置BOM、工艺配置元器件清单和配置差异清单等。
(3) 图示化装配工艺流程。不仅要解决装配工艺设计的问题, 更重要的是建立了装配工艺设计和管理的工作平台, 实现工艺人员通过此平台设计和管理工艺数据: (1) 以装配流程图的方式, 直观地描述装配的过程和顺序; (2) 以装配过程为主线, 将每一过程所涉及到的工艺数据、物料数据、工装数据、工时数据、3D模型、通用工艺和生产反馈数据等有机地结合在一起, 为生产提供完整的指导数据; (3) 在工艺设计过程中, 工艺人员可以随时查阅有关的设计资料 (图纸/3D模型/技术文件等) 和通用技术文件; (4) 可以为不同的人员生成各种管理用文件, 满足不同岗位的需要。
工艺部门通过此平台与其他部门进行数据交换: (1) 从设计部门获得产品设计数据, 作为工艺设计的基础工艺数据; (2) 将工艺数据传递给生产部门, 作为操作的指导; (3) 将生产过程中采集的数据反馈回工艺部门, 作为工艺改进的依据。
该平台的整体结构如图2所示。
对于长虹旗下电视公司这种“大物流”流水线生产企业, 需要通过产品BOM中的元器件及部件清单组织成与生产线各工位对应的生产线装配工艺图, 最终形成针对生产现场描述的工位分布工艺图, 如图3所示。
实际上, 长虹CAPP提供的是一个以流程图为核心的辅助装配工艺编制平台, 利用装配流程图可以实现: (1) 直观地描述产品装配的过程和顺序; (2) 以装配过程为主线, 将每一过程所涉及到的工艺数据、物料数据、工装数据、工时数据、3D模型、通用工艺和生产反馈数据等有机地结合在一起, 形成完整的总装工艺数据。
2 结束语
CAPP在实现CIM环境中的各种制造活动的无缝集成方面扮演了重要的不可替代的角色。长虹通过应用CAPP系统及对其进行积极创新, 可以更规范、高效地实现基础数据管理、产品数据管理、工艺BOM管理工作和工艺路线、工艺文件、工艺定额及装配工艺的编辑工作, 并能与PDM系统和ERP系统进行系统之间的集成, 提高了工作效率, 使企业的CIM进程更趋流畅, 有助于提升企业的核心竞争力。
参考文献
[1]赵汝嘉, 孙波.计算机辅助工艺设计 (CAPP) [M].北京:机械工业出版社, 2003.
[2]许建新, 孔宪光.CAPP技术综述[J].CAD/CAM与制造业信息化, 2002 (7) .
[3]许之伟, 刘永贤.面向中小型机械制造企业CAPP系统研究与实现[J].东北大学学报:自然科学版, 2006 (11) .
[4]刘宁, 曹岩.计算机辅助工艺规划综述 (二) [J].一重技术, 2005 (4) .
计算机辅助工艺规划 篇2
钣金CAPP 研究的目的及意义
钣金零件多为设备或部件的面板，所以钣金零件的加工质量将直接关系到产品设备的外观和质量，为了保证钣金零件的质量就必须采用高质量、高效率的加工工艺、方法和加工设备。随着信息工业的迅速发展，钣金零件的设计、加工也在进行深刻变革。目前，国内钣金加工设备己大量使用数控冲床、数控剪床及数控折弯等先进设备。
但作为连接钣金零件设计与制造的钣金工艺设计在很大程度上还要依靠工艺设计人员手工完成。如钣金车间工艺人员在进行钣金件工艺规划时主要的工作是计算钣金件的展开件外型尺寸根据展开尺寸确定下料尺寸。而运用Solidworks 软件的展开命令可精确得到展开的外型尺寸无需计算。由于个人经验的局限性，手工劳动的多样性和低效率，很难实现钣金工艺过程的优化和标准化，很难满足新产品更新换代周期日益缩短的要求。这无疑会导致设计工作量大、重复劳动多、加工周期长、成本高、工艺设计一致性难以保证等问题，不能适应现代先进制造技术发展的需求。同时，再加上人们对于钣金零件塑性变形的机理尚未完全掌握，工艺设计人员在进行钣金工艺设计时，往往只能根据自身的经验或一些公认经验公式进行，因此钣金工艺设计对于工艺设计人员的经验具有较强的依赖性。而这些知识经验的积累则是一个漫长的过程，这些因素导致钣金工艺设计水平却远远落后于其设计和制造水平，成为制约钣金生产效率提高的“瓶颈”。
如何实现钣金工艺设计的智能化、标准化和实用化，成为我们要解决的迫切任务。
钣金件计算机辅助工艺解决的问题
（1）钣金件模型的建立及信息描述。钣金件模型的建立及信息描述是后续工作的前提和基础。
（2）钣金件模型信息的提取。当打开某一钣金模型时能从模型中得到工艺过程所需的信息，如：零件名称、材料规格、材料代号、零件图号等。
（3）钣金工艺知识库的建立。涉及到加工工艺流程信息、加工设备信息、量夹具信息、加工操作人员信息等等。
（4）各系统模块的数据交换问题。
（5）工艺结果的输出。自动生成既能面向普通设备又能面向数控设备的钣金件工艺卡片。
钣金件计算机辅助工艺研究内容（1）应用Solidworks软件对钣金件进行几何造型。Solidworks软件具有针对钣金设计的模块，包括钣金要素生成、折弯、EXCEL 表修改、折弯和非折弯特征选择、钣金零件二维展开等功能。
（2）利用Microsoft Office 中的Access 软件建立钣金工艺数据库。
（3）利用VB 软件进行软件开发。设计钣金CAPP 软件各模块，在VB 环境下创建、读取、修改数据库。
（4）VB 编程实现信息提取。
（5）工艺结果的输出。工艺结果输出部分的设计主要是工艺流程的生成及工艺卡片文档的形成输出两部分。根据钣金加工的特点将钣金零件的一般加工工艺流程进行整理并建成工艺数据库，同时建立一个包含所有零件信息和工艺信息的Word 模板。再用VB 建立模块把提取的零件信息和库里的工艺信息进行汇总组合形成一个完整的钣金件加工工艺规程并再次存入数据库。VB 编程把生成好的工艺流程及零件信息输出到Word 模板中形成工艺卡片的电子文档。钣金件计算机辅助工艺总体设计
（1）利用Solidworks 软件对钣金件进行建模。
（2）利用VB 编程完成对Solidworks 钣金模型的信息提取。
（3）利用Access 建立钣金零件信息库和钣金加工工艺信息库。
（4）利用VB 初建钣金CAPP 系统软件各界面并完成和数据库的连接。
（5）利用Microsoft Office Word 2003 建立钣金件加工工序模板。
（6）VB 编程完成数据库、提取的Solidworks 钣金模型信息、钣金件加工工艺Word 模板的集成输出钣金加工工艺工序卡片，如图1所示。
图1 钣金CAPP 总体设计流程图
原型系统的开发流程
5.1 钣金加工工艺的生成模块设计
5.1.1 工艺窗口主界面的设计
此界面是整个钣金CAPP 系统各模块的集成主界面，包括：钣金模型打开模块、钣金零件信息提取模块、钣金工艺生成模块、钣金工艺输出模块以及钣金信息数据库维护模块。窗口界面有：菜单控制部分、工艺流程显示部分、工序图显示部分、各命令控制部分。
5.1.2 生成钣金工艺窗口的设计
此窗口包括钣金零件信息填写部分、工序信息填写部分、数据库连接部分、工艺过程的显示与编辑部分。
信息的填写一部分由钣金信息提取过程传递而来（如：零件名称、材料代号、材料规格、课题代号、零件图号），一部分由从根据车间实际情况建好的钣金数据库调用而来（如：工作令号、工艺员、审查员、定额员、计划员、调度员、检验员及工序、工艺流程、工艺装备、操作人等），还有一部分由键盘填写而成（如数量、定额工时、实用工时等）。为了实现工艺编制过程的可编辑性，在生成工艺窗口添加控件（如：ListView 控件、Commend 控件）以显示工艺流程、修改和删除编辑错误的工艺流程。
5.2 工序卡片的输出模块设计 本课题的研究中要求自动生成钣金零件加工工艺过程工序卡，工序卡包括：零件信息、加工工艺信息、工序图三部分。基于VB6.0 可以通过调用Word 模板实现工序卡的生成和输出。以Microsoft Word 的形式输出电子文档。
5.2.1 建立工艺卡片Word 模板
工艺卡片Word 模板包括零件信息部分、工序信息部分、工序图部分。绘制表格并填写需替代的项，如工作令号、课题代号、零件图号、材料代号、材料规格等，并为工艺过程和工序图留出表格单元。
5.2.2 VB6.0 中OLE的设置
在VB6.0 中设置OLE，工序卡的生成过程通过Application和ADO共同实现。首先确保与Word 的对象链接，不然将会链接不到Word 对象而不能实现对Word 模板的调用。
5.2.3 模板中信息的添加
用VB 编程实现零件信息、工艺信息在Word 模板中查找、替换，用相应零件信息、工艺信息如：日期、工作令号、零件图号、材料代号、课题代号、零件名称、材料规格、数量、工作人员等替换模板中相应位置的初始值，此部分的VB 程序代码可以由对Microsoft Word进行宏录制得到。
综述
计算机辅助工艺规划 篇3
关键词：人工智能；计算机辅助工艺；应用
中图分类号：TP18
1 人工智能概述
人工智能是是一门主要研究计算机对人的一些智能行为（如推理、学习、规划、思考等）与思维过程进行模拟的学科，主要内容有计算机智能原理、研制与人脑智能相似的计算机，使得计算机能够达到更高标准、更高层次的应用。从计算机的应用系统这一角度来看，人工智能技术主要是研究制造智能机器或者是智能系统，进行对人类智能行为与活动能力的模拟。
2 计算机辅助工艺设计概述
2.1 基本概念及特点。计算机辅助工艺设计，简称CAPP，是把计算机技术作为手段，用来辅助工艺设计人员用系统化的方法来实施工艺设计，实现工艺设计的信息化，进而达到工艺设计数据能够共享。CAPP的主要特点有：能够帮助工艺设计人员减少繁琐大量的重复劳动，把主要精力投向新产品、新技术和新工艺的研发上面；能够增强工艺产品的继承性，可以实现现有资源利用的最大化，进而减少生产成本；能够让并没有很多经验的设计师完成出高质量的工艺作品，实现缓解制造业设计任务繁重的目的。
2.2 分类。CAPP系统按照工作原理的不同可以分为五大类，分别是派生式、交互式、综合式、创成式与专家系统：（1）派生式。基于成组技术而建立的，基本原理主要是利用零件所具有的相似性，也就是相似的零件有着相似的工艺规程。（2）交互式。主要是采取人机对话的形式，在典型工序、标准工步的基础上，进行工艺设计，这种类型工艺规程的质量受人的影响比较大。（3）创成式。依据工艺决策的算法与逻辑而进行工艺设计的，是由无到有自动产生具体的工艺规程。（4）综合式。是把派生式、交互式与创成式系统的优点合为一体的CAPP系统。目前来说，大多数的计算机方面的辅助工艺设计都是采用这种模式。（5）专家系统。是基于人工智能的CAPP系统，创成式系统与专家系统都能够以自动生成的方式产生工艺规程，创成式是以逻辑决策与算法加为主要特征的，同时，专家系统是以知识库与推理机为主要特点的。
2.3 技术原理分析。CAPP系统是在传统人工工艺设计的基础上发展起来的，只是把计算机技术引入到了人工工艺的设计过程当中，并且进行了优化设计，主要的技术原理有下面几个方面：（1）能够有效利用设计人员所掌握的工艺方面的知识与经验，把这些工艺知识与经验记录下来，并且存储到数据库当中。（2）有效地利用了图纸当中所提供的各类产品零件数据，并把工艺设计中所涉及到的一些重要数据用数据库的形式存储起来，这就实现了数据资源的共享与随时调用。（3）根据数据库形成标准的工艺设计文件模式，这有助于工艺文件格式与管理的规范化。（4）还能够根据工艺参数与制造资源的情况，建立相关的工艺参数数据库与制造资源的数据库。
2.4 重要性。随着目前制造技术的快速发展，尤其是对工艺产品生命周期信息的共享需求更为强烈，CAPP在整个工艺产品的生命周期中所具有的功能协调与信息集成的重要作用已经被人们深刻认识到。
对工艺设计技术而言，在长期发展过程当中，需要某种技术来解决现有的技术难题，增强工艺设计方面的技术水平。同时，对计算机技术而言，在工艺设计技术这个领域的应用能够提升它的生命力，而且，计算机技术能够有效地解决工艺设计中所遇到的瓶颈。而CAPP技术完美地结合了这两者，实现了计算机技术与工艺设计的统一。
3 人工智能在计算机辅助工艺的设计开发中的应用
3.1 智能化。将人工智能运用到CAPP系统的研究与开发中，使得CAPP系统在知识推理、知识获取等方面能够模拟人的智能活动与思维方式，实现复杂工艺设计问题的解决，使得CAPP能够具有人类的智能特性，也就是智能化CAPP，这是人工智能技术在CAPP系统中的一种应用。
3.2 人工神经网络。近几年，人工智能在CAPP系统的开发过程中的充分应用，使得CAPP系统取得了很大的发展，同时，人工神经网络就是人工智能技术在CAPP系统中的一大应用。人工神经网络主要是依据生物体的神经系统原理进行现实世界客观事物的处理，由大量非线性的处理单元并联而成，具有信息的并行处理、分布式存储等特点。
3.3 遗传算法。遗传算法是起始于代表问题有可能潜在的解集种群，种群是由一定数目的基因编码的个体所组成的，每个个体实质上都是有染色体特性的实体。所以，在开始阶段，需要完成由表现型到基因型的编码工作，比如说二进制编码。在产生初代种群之后，进而依照优胜劣汰及适者生存的原理，逐步演化产生越来越优化的近似解，同时，依据问题当中实体的适应度对实体进行选择，并且借助自然遗传学的算子实现组合的变异及组合，进而产生代表新解集的种群。这一过程将会使得种群一代比一代更加适应环境，其中末代种群的最优实体经过解码之后，可以作为问题的最优解。
3.4 粗糙集技术。在CAPP技术中，可以利用粗糙集的技术与理论进行专家系统的构建，获取知识并进行优化，主要思路是：把各种零部件的加工特性和加工方法表达为决策属性和条件属性的方式，一行就是代表一种零部件，多种零部件就组成了一个二维表，进而量化属性、组织决策表，接着再利用约简算法对属性值及属性集进行约简，除去冗余的决策规则和条件属性，进而得到最小化的决策规则集，因而，当输入需要加工的零部件的加工特性时，就能够得到优化后的加工工艺了。
4 未来的发展趋势
CAPP技术能够用来帮助工艺设计人员，但绝对不是取代，通用、实用的CAPP系统不适合追求完全意义上的自动化。操作者应该有充分的工艺设计知识与判断能力，关键性的决策需要由操作者给出。对于具有足够判断能力的工艺设计人员来说，判断、决策都不是很难的工作，然而，对于计算机来说，这就可能很难胜任了。建立并完善知识库和它的使用法则，这是CAPP系统基于知识、商品化的渐进式发展的目标。
智能化CAPP技术的发展仍然会是基于充分发挥人类的智能优势这一基础之上，对各种先进的人工智能技术进行综合应用，进而实现CAPP系统的智能化。
然而，从目前人工智能的水平而言，还无法使CAPP技术在智能化的水平上能够实现实质性的突破。这主要是因为当前的人工智能主要还是用来模拟人类的逻辑思维、推理等方面的优势能力，却无法高效地对人类的形象思维、和创造性思维、抽象思维能力进行模拟，然而，CAPP系统不但需要有推理的能力，还需要有“联想”的能力，CAPP系统的开发需要解决很多人的逻辑思维活动方面的问题。所以，如果要是想要增强CAPP系统的人工智能化水准，一定要在人工智能的技术方面有新的突破，处理好人工智能方面的技术问题。同时，还要强化人工智能在产品工艺的设计环节中的运用，尤其是把人工神经网络和专家系统技术进行有机地结合，进一步实现CAPP系统智能化水平的提高。
5 结语
对市场经济下的企业工艺设计特点进行充分分析，进而对工艺设计的信息化以及计算机辅助系统技术的应用进行研究，把先进的标准化技术、现代工艺设计技术与计算机的应用技术完美结合于一体，发挥出信息及计算机技术在企业工艺设计过程中的最大作用，进而引导我国计算机辅助工艺设计技术的开发与应用。
参考文献：
[1]张振明，许建明.CAPP的应用与发展[J].计算机辅助设计与制造，2002，7：3-5.
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[3]焦黎，慈建平，程光耀.基于工艺特征元的自动机CAPP系统研究[J].组合机床与自动化加工技术，2004，6：10-14.
[4]苏海洋，刘成颖，翟听.企业集成环境下CAPP系统的研究[J].现代制造工程，2002，5：24-26.
作者简介：王敏（1981.4-），女，重庆人，教师，硕士，研究方向：人工智能，自动化技术。
计算机辅助经编工艺计算 篇4
1 计算机辅助经编织物工艺计算的设计思路
经编生产工艺与纬编有较大的不同，计算方法也不一样。经编的上机工艺参数除了与产品的规格、产品的幅宽有较密切的关系外，与整经工序的生产工艺参数联系紧密。一般根据机号选择纱线的规格，首先计算整经机的工作针数，确定整经根数，计算出整经时生产量和经编机的时生产量，然后根据已知原料重量或坯布重量，计算出能够生产出的坯布重量或者所需要的各种纱线重量及生产时间，流程如图1所示。
2 原料、组织结构的选择
根据织物的规格选择纱线的细度、种类和织物的组织结构，确定穿纱方式，计算穿纱率[1]。
3 经编机工作针数
前后梳栉纱线的细度总和确定经编机的机号[2]，由机号确定针距。为“经编机针距”标签的单击事件编写代码，实现针距的计算。
如果知道织物的幅宽，就可确定经编机的工作针数。给定幅宽对比系数、两面定型边宽度之和与织缩率，就可得到针床工作幅宽。在计算经编机工作针数时，一般以成品幅宽根据上述关系式引导出针床上坯布工作幅宽，再根据机号求出针床工作针数。
4 经编织物参数的确定
经编织物的参数包括线圈长度、横密、纵密和平方米克重。线圈长度在经编中既是织物的主要参数，也是经编生产中控制质量的主要参数，目前线圈长度的确定，一般通过实测得出，以此作为经编生产中控制送经量的参考，以一定的送经量作为计算与测定线圈长度的依据。线圈长度随使用的组织结构与纱支的不同而异。已知一腊克的送经量，可以计算出线圈长度。为后梳栉线圈标签单击事件编写代码，只要给定后梳栉的腊克送经量，单击该标签就可看到后梳栉的线圈长度。密度是织物品质的重要指标之一，可根据产品的织物克重以及机号等来计算。
当双梳使用一种原料时，可以将前梳纱线的细度和后梳的纱线细度看作相等，用双梳各用一种原料的特殊情况。通过对纵密的标签编写代码，实现纵密的具体数值。
5 用纱比的确定
送经比是指前梳送经长度与后梳送经长度之比，它随织物组织不同而异，选择合适与否，对产品的质量与风格影响很大。确定了各梳栉的线圈长度，送经比就可直接用各梳栉的线圈长度比得到，由送经比可以确定用纱比。
6 经编机实际时产量
经编机按重量计算出理论生产量后，用理论生产量乘以机器时间效率，就是实际生产量。
7 匹布参数
坯布匹重是由染整加工要求而定，编织中要做到定重下布，在机上用相应的匹长来控制下布。坯布纱长是整经时，在盘头上做下布机号的需要。
双梳一种原料可以看作前梳和后梳原料相同的双梳两种原料的特殊情形。为后梳匹布纱长的标签编写代码，当单击此标签时，就可显示后梳匹布纱长的数值。前梳匹布纱长的代码与后梳类似。为匹布匹长的标签编写程序代码，单击匹布匹长的标签，就显示匹长的数值。
8 经编织物的纱线用量
8.1 已知经纱的重量计算织物的重量及生产时间
已知前后梳栉的纱线重量、整经与经编的综合回丝率，根据用纱比，就可确定生产中纱线的实际用量。当后、前梳纱线的重量之比大于纱线比时，前梳的纱线用量等于已知前梳的纱线用量，后梳的纱线用量则是前梳的纱线用量与用纱比的乘积;反之，前梳的纱线用量等于前梳的已知重量，后梳的纱线用量等于前梳的纱线用量与用纱比的商。
当纱线的用量确定之后，就可得到所生产的坯布长度、重量和生产时间。根据前、后梳栉各自纱线的重量与其各自的整经时生产量及整经机的台数，求出整经时间，并折合成天数;由前后梳栉纱线的总重量、经编机的实际时产量和台数，可以计算出经编机运转时间，接着求出总的生产时间。由经编机的长度时产量、重量时产量和生产时间可以得出坯布长度和坯布重量。
8.2 已知坯布重量计算生产时间和纱线的用量
如果知道坯布的重量，则可以根据平方米克重和幅宽计算出织物的坯布长度，为坯布长度标签编写代码，单击此标签，就可以显示坯布长度的数值;由经编机的时产量和台数得出经编机的运转时间，由坯布的重量和整经的综合回丝率求出所需纱线的总重量，根据用纱比分别计算前、后梳纱线的重量及整经时间，然后得出总生产时间。
9 结语
9.1 本软件具有一定的实际可行性
经编机的长度时产量相对误差均在0.1%以下，平均差异系数为0.002%。由此可知，本软件的开发具有一定的实际可行性。经编机每小时生产量的理论值与实测值比较见表1。
9.2 使用本软件可提高工作效率
本软件的开发不仅降低了针织专业人士的劳动强度，提高了工作效率，节省了时间，而且使非专业人员也可以根据已知原料的参数或者产品的数量迅速计算出能够生产出的产品数量或者原料重量及生产时间。
9.3 使用本软件可方便业务开展
本软件可以为公司接洽订单，做出迅速的反应，避免购买原料过多造成不必要的浪费或者购买原料不足，二次购买造成产品的色差，从而从根本上提高原料的利用率并且保证产品的质量。
摘要：利用Visual Basic语言编程, 结合经编工艺的计算方法, 当已知纱线的类型和经编组织结构, 即可计算出织物的生产时间和产量;或已知经编织物的重量和组织结构, 计算出所需的生产时间和纱线重量。这不仅缩短了计算时间, 而且降低了操作者的难度, 能对订单做出快速反应。
关键词：经编,工艺计算,计算机,Visual Basic
参考文献
[1]天津纺织工学院.针织学 (第三分册·经编) [M].北京:纺织工业出版社, 1980.
[2]杨尧栋.针织厂设计[M].北京:中国纺织出版社, 1988.
计算机辅助工艺规划 篇5
随着机载航电设备越来越多, “电网”也越来越复杂。遍布其间的各种线束则成为贯穿及联系全机各部位电气系统和电子设备的桥梁与纽带, 关联了飞机各部分的通信, 形成一个复杂集成网络。有人把全机的线束形象地比喻为飞机的“中枢神经和血液循环系统”, 可见线束对飞机质量和安全有着致命的影响。
飞机线束生产是飞机制造中工艺较复杂、生产周期较长、错误率较高、自动化水平程度较低的环节[1]。为了保证信息的正确性、一致性与有效传递, 在加工过程中, 需要进行繁琐的工艺处理, 占用大部分生产准备周期。同时某些工艺文件缺少必要的辅助和统计信息, 给工人加工带来极大的不便, 还容易导致前后信息不一致。另一方面, 由于多品种、小批量、更改频繁等生产特点, 造成大量数据错误。甚至某些严重错误在试飞阶段才被发现, 威胁飞机和驾驶员安全。同时由于缺乏对更改信息的有效管理, 造成工艺文件管理混乱。
因此, 针对飞机线束传统生产方式, 本文提出了新型飞机线束辅助工艺设计系统。以线束图号为主键, 根据有效期, 对线束配套数据进行统一管理;借助Auto CAD软件实现图形自动识别和布线;根据知识库的工艺规则自动进行工艺性审定并自动编制工艺表单;通过文本文件和XML实现工艺信息互换共享。
2 飞机线束生产CAPP系统设计
2.1 飞机线束生产业务流程
线束生产过程主要包括设计数据导入、绘制样板图、工艺数据准备、生产数据准备、领料、布线、电缆包扎及保护、端头处理、插头/插座端接、导通检测等环节[2]。业务基本流程如图1所示。
由图1可知:工艺人员接收到设计单位提供的图纸和数据, 根据图纸画出样板图, 同时将设计数据导入系统中。然后工艺人员根据实际所需生成各种工艺技术表单, 同时对其进行工艺性审查, 若审查通过, 则发放给物料和生产部门, 由物料部门进行物料供应、组织、调度, 生产部门则根据清单领料进行线束的加工生产。如果生产过程中发现问题, 则以解答笺的方式将意见反馈给设计所。若审查未通过, 则将问题通过解答笺的方式向设计单位提出相关修改意见, 设计单位确定后发放设计更改单, 依据该表单由工艺人员生成更改技术单, 从而指导工人的实际生产。
2.2 飞机线束生产CAPP系统设计框架
根据以上分析, 应用计算机辅助工艺设计理论, 本文设计的飞机线束辅助工艺系统基本框架如图2所示, 主要由7部分组成。
(1) 设计数据处理。用于接受设计数据以及通过图形识别得到的图上端子物料清单和线段长度信息等, 作为数据准备。
(2) 工艺设计管理。包括工艺性审定、工艺文件管理以及更改管理, 是整个系统的核心模块, 信息处理的正确与否直接关系到线束质量。
(3) 工艺信息管理。对线束信息按批架次进行归档, 形成独立完整的配套信息, 便于导入导出、查询备份等操作, 提高系统可靠性。
(4) 生产数据管理。用于编制装配大纲 (Assembly Order, AO) 、AO索引和更改信息等管理。AO的具体组成信息包括[3]: (1) 工艺指令信息, 如操作流程、操作指导、检验工序; (2) 质量审查信息, 如未来的检验计划和现在执行的质量审查; (3) 生产信息, 如任务数量、架次、开工日期、工段等; (4) 过程信息, 如检验、工人所作的过程控制记录/质量记录。AO索引则是某状态下某架次飞机相关的所有AO信息, 作为飞机线束生产的状态控制文件。由于飞机线束生产更改流程复杂、更改频繁、涉及面广, 因此需要对更改时间、内容和有效期 (即涉及批架次) 等信息进行规范记录, 从而实现对线束状态的实时控制。
(5) 知识库管理。包括工艺资源库管理、工艺实例库管理和工艺决策库管理[4]。 (1) 工艺资源信息, 包括手册数据和资源数据等; (2) 工艺实例, 包括已经完成的工艺规程设计的零件及对应的工艺规程; (3) 工艺决策信息, 包括经验性规则、过程算法及对过程决策进行控制的知识等。
(6) 系统配置管理。包括组织用户和角色权限管理。通过创建、删除、修正等操作对用户进行有效管理。角色权限管理是指按线束数据技术状态进行数据授权, 以满足不同角色、不同状态对数据的需求。例如:由线束主管工艺员进行数据授权, 避免工艺员对线束信息的操作冲突;限制加工班组只能查询已经完成编制校对的工艺文件信息等。
(7) 辅助功能模块。提供系统使用过程中的帮助、提示等辅助功能, 如操作日志、帮助文档、记事本和教学视频等。
3 关键技术
3.1 标准化审查和适配性审查
标准化审查的目的是审查设计所给的数据格式是否规范, 内容是否完整, 以及选用的元器件和导线是否符合要求等[5]。审查的依据是标准化生成的元器件和导线标准数据库。
工艺人员选择需要审查的数据, 审查由程序自动完成。系统根据预先设定的数据规范格式逐条对导入的数据进行规范性和完整性校验, 对存在的如字段内容非法 (例如长度为负值的错误) 、缺少内容等错误进行自动提示;同时系统可自动对重复记录、一线多孔和一孔多线等错误以及连接器型谱号与接线表孔号是否一致进行审查。
由于校验过程涉及数据类型繁多, 关系复杂, 多次操作数据, 因此为保证正确性, 本文对校验顺序进行优化, 减少错误之间干扰引起的误判。例如, 对于不规范不完整的记录, 禁止进行后续其他校验, 从源头保证数据的有效性;区别正反记录与重复记录在字段顺序上的不同, 防止两者混淆等。
适配性审查包括接触偶与导线, 死接头、焊锡环、接线柄与导线, 连接器与后附件的适配性审查。
接触偶与导线适配性检查由系统自动完成。工艺人员选择需要审查的图号数据后, 逐条检查记录, 按照导线连接的端子代号和孔号, 由元器件库查询对应的接触偶规格, 根据接触偶与导线适配规则, 审查与该导线是否适配。
死接头适配性审查可由系统自动完成。死接头处理示意图如图3。
使用者选择需要审查的图号数据后, 根据死接头处理记录的特点, 筛选相关记录并按照不同死接头分组。统计每组导线的规格、数量以及给定的死接头牌号, 根据死接头适配规则, 同时遵循以下原则: (1) 分组两端规格和的差值最小; (2) 死接头所属端子的接线尽量在同一端, 其他端子的接线在另一端, 检查其是否适配。如果系统无法自动审查, 会标记相关记录, 人工审查, 同时需要在适配规则库中填写相关字段补充此规则, 完善适配规则库, 则出现类似情况时, 系统可自动匹配。
焊锡环适配性、接线柄适配性检查与死接头适配检查类似。连接器与后附件适配则是结合元件库信息和适配规则, 由系统对明细表中设计给定的每个端子的连接器与后附件进行匹配校验, 如果两者牌号不能匹配则给予提示。
3.2 工艺文件管理
工艺文件是线束生产中信息处理和传递的载体, 是确保环节内部信息处理和各环节之间信息传递迅速性、准确性和一致性的关键。本系统工艺文件管理具有以下特点:
(1) 算法复杂
该系统将工艺规则转化为计算机内部算法, 而规则的复杂性必然引起算法的复杂性, 特别是某些辅助提示信息的统计更需要特殊的处理。下面以导通表和划线表为例进行说明。
导通表是用于线束导通测试的工艺文件, 将该文件输入导通测试仪, 测试两点之间是否具有给定的连接关系, 同时对于未能正确连接的记录给出报告。生成导通表时应该遵循以下原则: (1) 无冗余导通记录。对于图4所示记录, 只需要测试A圮B、B圮C或A圮B、A圮C或B圮C、A圮C一组即可。 (2) 无遗漏导通记录。确保经过处理后包含所有的导通关系。 (3) 按照一定顺序排列。为方便工人查找数据, 按照所有端子顺序排列, 如果当前排序端子处于去向的记录, 来去向互换调整后置于该端子导通记录内。遵循原则 (2) , 对于屏蔽记录还需要特殊处理, 找出屏蔽引出线之间的导通关系, 例如表1记录。
屏蔽家族是DE、DF且线号不是FR开头的记录为两组屏蔽线 (分别记为DE家族、DF家族) 。这两组屏蔽线搭铁家族都是AC和AA, 即都需要屏蔽接线处理。根据搭铁家族关系找出对应屏蔽引出记录即线号是FRAC和FRAA的记录, 经过处理后, 两条屏蔽引出线之间的导通关系如表2。
同理, 需要对死接头记录进行处理。经过以上两种记录的特殊处理从而获得完整而不冗余的导通关系。
对于划线表也存在算法优化的要求。所谓划线表是指导工人依照样板图实际布线的工艺文件, 即根据接线关系、导线种类和线规, 将导线从一个端点引向另一个端点, 直至按给定关系连接完所有的端点。如果当前去向端点与下个来向端点无直接连接关系时, 则需要切断一次, 因此要求划线时切线次数和换线次数最少。
结合图理论, 划线表可简化为图5模型。
无向连通图G=
首先引用以下定理和概念[6]:
定理:对连通图G (V, E) , 下列条件是相互等价的:
G是一个欧拉图;
G的每一个节点的度数都是偶数。
欧拉回路:通过图 (无向图或有向图) 中所有边一次且仅一次行遍所有顶点的回路称为欧拉回路。
因此, 对于连通图G, 如果是欧拉图, 找出欧拉回路即可;如果不是, 则可以通过添加边 (连接一对奇点为一条边) 的方式构造欧拉图。
针对图5计算每个节点度数分别是4, 3, 4, 4, 3, 5, 1, 不全是偶点, 所以该图不是欧拉图。根据算法, 连接奇点, 构造以下连通图。
最后得到划线路径如表3。
(2) 种类多、效率高系统工艺文件涉及印字、端接、划线和导通等多个环节, 生成的工艺文件种类包括端子用料表、标套表、标签表、导线印字表表、死接头接线表、屏蔽处理接线表等十几种工艺文件和接口文件。
实际应用证明, 使用该系统工艺报表生成时间由原来的30min以上降低到3~4min, 印字效率提高75~90倍, 导通测试效率提高100倍以上。
(3) 格式灵活、信息完全
本系统采用NTKO文档控制插件, 可方便实现工艺文件格式定制以及在线浏览、本地下载、修改编辑等操作, 实现报表多种信息和格式的灵活展示, 同时可根据用户角色限制具体操作。图7是常见的文件封面页、审签页及数据页格式。
同时工艺文件还添加了某些统计和辅助提示信息, 如端子表中包含屏蔽引出线和死接头引出线信息, 方便工人核对连线是否完整;印字表和划线表中包含换线提示和导线规格信息, 提醒工人更换导线, 同时划线表中还包含“换来向”、“切”等提示, 方便工人换线切线操作。
4 实例应用
本文以某套设计数据为例进行飞机线束工艺处理过程演示。包括Excel格式接线表和明细表、CAD格式分支图等设计数据经过数据导入、工艺性审定、报表生成等步骤转换为对多种格式、不同用途的工艺文件, 具体流程如图8所示。
(1) 设计数据导入。将接线表、明细表及从CAD分支图中获得的其他设计信息导入到数据库中, 为后续处理作数据准备。
(2) 工艺性审定。根据预先设定的审查内容, 逐一对数据进行标准化审查、适配性审查 (如图9) , 并采用人工交互方式, 结合工艺规则和生产经验对不完整和错误记录进行完善或修整, 同时补充修改相关规则库。
(3) 报表生成。对于已经修改完善的设计数据, 选择将要生成的工艺文件类别, 则系统会自动编制。同时根据不同角色权限, 提供对应的操作。
5 结语
本文阐述了飞机线束辅助工艺系统的设计框架和设计思路。通过数据导入、工艺性审定和工艺文件管理3个步骤, 生成工艺报表、装配工艺规程以及接口文件、AO清单等, 促进飞机线束生产的无纸化和自动化, 保证飞机装配过程信息的完整性和一致性。该系统已被某航空飞机制造企业应用, 从而验证了其实用性。今后, 将在实际测试的基础上研究流程优化和更改管理, 以加强系统的适用性。
摘要：在分析飞机线束生产业务流程和管理现状的基础上, 针对目前存在的工艺繁琐、效率低下、自动化水平低和错误率高等问题, 设计了新型飞机线束辅助工艺系统。与传统工艺系统相比, 提高了工艺性审定的效率和准确性, 优化了工艺文件管理并增加多种接口文件设计。在降低系统复杂性、提高工艺正确性和增强信息规范性、一致性等方面具有明显优点, 促进飞机制造整体水平的提高。最后, 通过实例验证了方案的实用性和有效性。
关键词：CAPP,工艺性审定,工艺信息,欧拉回路
参考文献
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[5]吴晓琳, 杨明, 丁友根.飞机电气系统计算机辅助工艺性审查和工艺审定[J].航空工程与维修, 2000 (1) :40-41.
计算机辅助工艺规划 篇6
随着化工行业飞速发展, 化工工业建设中必不可少的化工工艺设计面临了更多更新的要求。在化工工艺设计中, 无论是工艺计算、流程模拟、设备管道配置, 还是图纸绘制等都离不开计算机的辅助设计。当前许多化工工艺软件在设计中已经扮演着重要的角色, 设计工作者普遍认为应用高级设计软件是设计能力的一种体现, 这不容置疑, 但同时还必须对化工工艺计算机模拟有了清楚的认识, 了解到软件自身的特点和不足, 认识到化工软件并不是万能的工具, 要能够根据设计要求的实际情况灵活应用、改进和创新, 这才是化工设计工作的根本。简单介绍计算机在化工工艺设计中的作用。
1 化工工艺设计的特点
化工工艺设计是化工设计的核心, 它决定着整个设计的概貌, 起着组织和协调非工艺设计的主导作用。而工艺计算又是化工工艺设计的前提和必要条件, 化工工艺计算即根据既定的设计要求进行物料、能量衡算, 进一步确定设备的工艺尺寸、原材料的消耗及其它工艺管道等设计计算等。化工工艺计算存在着以下几个突出的特点:a.计算公式多且复杂, 大部分为非线性、多变量, 设计计算量大;b.许多设计参数的查询范围较大, 影响计算结果的合理性和可靠性;c.工艺工程设计需要许多设计方案反复比较, 进行调优。采用传统的设计方案已经难于实现工程的高效率, 低成本等多方面的最优化过程, 因此使计算机在化工工艺设计中的应用变得越来越重要。
2 计算机在化工工艺设计中的主要应用
2.1 数据库的建立
计算机应用于化工设计的第一个方面就是数据库的建立。在工艺设计中需要用到许多化合物的物性数据 (如分子量、凝固点等) , 这些都是最原始的数据, 可以称之为一次数据, 对于这些一次数据最重要的是权威性和全面性, 在1979年我国开发研制出了包含302种常用化合物, 每个化合物有18种 (如分子量、正常凝固点、正常沸点等34项) 的化工物物性数据库系统, 是我国最早出现较权威的化合物物性数据库, 为我国化工工业数据库的开发奠定了基础。现在国际上关于一次数据的数据库已经有许多且分类更加细致, 如Sci Finder Scholar, CrossFire Beilstei等都是世界上比较权威的数据库, 包括了大量的化合物的基础数据和化工工艺的文献资料等。还有Aspen plus物性数据子系统, 它是由aspen公司开发的较为全面的数据库, 其中包括了如:纯组分数据库、电解质水溶液数据库、固体数据库等多种化工数据库, 是化工设计人员常用的数据库系统。
在热力学和动力学的计算中, 常常需要做平衡常数、焓、熵等大量物性推算工作, 即根据一些基本数据模型如 (UNFIC, Wilson) 等对基础数据做二次计算, 这些数据可以称之为二次数据, 这些直接与设计实践经验相关联的二次数据是设计工作者的宝贵财富, 其可靠性和精确程度对于工艺的技术经济指标有着重大的影响, 因此对这些二次数据的整理、归纳、总结并编辑成计算机数据库系统成为现在化工设计部门的主要工作之一, 有没有优良的二次数据的数据库也是设计部门的水平能力的体现。可以说建立有价值的二次数据的数据库是设计单位在市场竞技中取得成功的关键。
2.2 化工工艺流程的模拟
化工工艺流程设计是工艺设计的基础, 是进行系统、管道、控制、设备和公用工程系统设计的依据。当今化工工艺流程设计追求的是技术、经济和社会性的高度统一, 是一个多目标决策问题, 它依靠大量的科学数据和专有技术作为设计的基础, 以化工装置工业化生产经验作为工艺成果成功的重要保证, 同时还需要大量化工知识的集成, 可想, 当工艺流程较长, 所包括的单元和物流数据较多, 设计计算的工作量是复杂且庞大的。因此建立优秀的化工流程模型是化工设计技术的难题, 也是核心所在。我国是在1979年基于ALGOL60计算机语言建立起了第一套命名为PFS-121化工工艺流程模型, 是我国最早的计算机化工工艺流程模拟系统, 标志着我国工艺流程模拟的开始。随着对化工工艺流程的模拟要求更高, 范围更广, 不但要考虑工艺设计模拟的最优、最合理、可行性等, 还要考虑到降低基本投资、降低原材料基本费用、提高工艺灵活性、加强工艺过程的安全性、改善环境影响等许多新的方向, 需要将许多现实中的工艺指标变成计算机的量化表现。这前所未有的加大了化工工艺流程模拟的难度, 同时也繁荣了化工软件制造行业, 使得化工设计工作人员对化工工艺流程软件的研究更深。当前化工设计软件种类繁多, 比较通用的化工工艺流程模拟系统有Pro II, Aspen plus等。其中Aspen plus是由美国麻省理工学院开发的一个规模较大, 流程较多的工艺模拟系统, 但由于系统庞大, 对于一些较为简单的流程, 其费用可能较昂贵。另外, 虽然其适用范围较广, 但也不是万能的, 对于一些特定的化工流程模拟不一定能够很好解决。所以, 开发适合自身工艺流程的模型, 提高计算机模拟的质量是化工设计人需要解决的主要问题, 也是培养化工设计人员设计能力的重要渠道。
2.3 化工工艺图的生成
计算机在化工工艺设计中的最后一个主要应用就是化工工艺图的生成, 主要包括工艺流程图 (PFD) 、管道仪表流程图 (PID) 、材料选择流程图 (MSD) 等工艺图纸的生成, 即通过人机交互方式, 把工艺计算模块所处理的数据进行参数化绘图, 是化工设计工作者的最终目的。目前最为广泛使用的制图软件为Autodesk公司研制的Auto CAD制图软件, 对Auto CAD在设计中的开发已经成为各个工艺设计人员的主要课题。但随着当前对化工工艺图纸的要求越来越高, 需要设计图纸更加详细, 更加直观, 常常需要制作更为逼真的效果图形, 为了能高效准确的绘制这种工艺图, 需要按化工工艺图的要求和标准建立各种化工工艺图形数据库, 对这些图形的直接调用可以大大减少化工工艺图纸的绘制时间。许多设计软件已经本身自带图形数据库, 目前较为常用的效果图软件是由英国CADCENTRE公司开发研制的面向数据型大型工厂设计管理系统PDMS, 它提供由2D的逻辑模型到3D的实体模型直至交互式虚拟实时模型显示的整体解决方案, 涵盖工厂设计的全过程, 不同于以图形为核心的工厂设计系统, 是一种三维为主的设计软件。应用PDMS这类三维图制作软件已成为当今化工工艺图发展的主流。
3 结束语
化工设计软件的出现, 给广大化工设计者带来了一场革命性的变化, 由过去的笔算查图到现在的计算机数据输入输出, 由过去的手动绘制纷繁复杂的图纸线条到现在用计算机绘制三维立体模型, 不但使设计者从大量的体力工作中解脱出来, 而且可以令设计的结果一目了然的出现在电脑中。但有一点需要说明的是, 无论多么高级的设计软件, 都不是万能的, 只能作为设计工作的辅助工具。对于设计工作者来说, 最重要的是掌握好设计的基本功, 能够在应用计算机的同时知道设计原理, 有所创新, 这样才能使设计工作更进一步, 才能成为优秀的设计人才。期待着更好的计算机设计模型伴随着设计工作共同进展。
参考文献
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计算机辅助工艺规划 篇7
关键词：计算机辅助,工艺尺寸,结算
在机械制造行业的机加工工艺规程制定或现行工艺分析过程中, 如何保证产品的精度和降低产品的制造成本是机械制造工艺的核心, 这其中都会遇到尺寸链的分析与解算问题。传统的工艺尺寸链采用手工绘制, 这种方法费时、易出现错误, 并且不易被计算机所识别。工艺尺寸式法更科学更简便, 便于计算机编程计算。
随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用, 计算机在产品设计、工艺过程设计及生产管理中起着决定性作用。在现代机械制造领域中, 制造系统逐渐从刚性向柔性转变, 这就要求将计算机贯穿于产品策划、设计、工艺规划、制造和管理的全过程。正确地绘制、分析和计算工艺过程尺寸链是编制工艺规程的重要手段。因此, 对计算机辅助工艺尺寸链的分析与解算顺应了市场需求, 对提升企业在市场中的竞争力具有重要的意义。
1. 工艺尺寸链的解算原理
加工的零件, 若工艺路线已知, 则可以用一个有向图来形象地描述各加工面之间的关系。有向图箭头的起点代表定位面, 终点代表加工面, 弧值代表工序的序号。这样用有向图就可以完全描述每一道工序的定位面、加工面和工序号。
在本文中, 该有向图的数据结构采用十字链表存储结构, 并且每一条工序弧值、每一个面 (加工面或定位面) 顶点各有相应的数据结构。用这种数据结构就可以完全描述所有的工序。
2. 尺寸链的数据结构
在系统中, 首先建立一个数组, 分别对应各个组成环的数据和属性, 各个参数可以存放在一个数据库中 (如表1) , 计算结束后系统会自动清除数据。在数据库中的数据主要是各个尺寸链的类别、尺寸大小和上下偏差, 其公差大小由系统自动计算。
3. 计算机辅助尺寸链的分析与解算
3.1 尺寸链查找
图1所示工件轴向尺寸的机加工过程如下: (1) 粗车小端面D、台阶B; (2) 粗车大端A、粗镗孔C; (3) 精车大端A、台阶B、精镗孔C; (4) 磨大端A。用阿拉伯数字表示该表面的加工次数, 即0表示未加工表面, 1表示第一次加工表面……;英文字母和数字合起来表示零件形成过程中的各个表面, 如A2C1表示以第二次加工的A面为工序基准, 第一次加工C面的工序尺寸。于是, 加工过程中的尺寸如下: (1) 设计尺寸为A3D1、A3C2、B2D1; (2) 余量尺寸为A0A1、A1A2、A2A3、C0C1、C1C2、B2B1、B1B0、D1D0; (3) 工序尺寸为第一道工序A0D1、D1B1, 第二道工序D1A1、A1C1, 第三道工序D1A2、A2B2、A2C2, 第四道工序D1A3; (4) 毛坯尺寸为A0D0、A0C0、B0D0。
在加工过程中, 毛坯尺寸和工序尺寸是直接保证的, 是尺寸链计算的组成环, 共11个尺寸;实际尺寸始终由加工终结工序尺寸间接保证 (对直接保证的设计尺寸, 可看成二环尺寸链【3】、) , 余量尺寸也是间接保证的, 是尺寸链的封闭环, 共11个尺寸。于是可以得到尺寸链和尺寸链公差矩阵方程为:
式中aD为尺寸链组成环列矩阵 (11×1) , 为未知量
bD为尺寸链封闭环列矩阵 (11×1) , 为已知量
aT为尺寸链组成环公差列矩阵 (11×1)
bT为尺寸链封闭环公差列矩阵 (11×1) aT、bT与aD、bD类似, 只是矩阵中元素代表的物理意义是尺寸公差
TD为尺寸链矩阵 (11×11) , 其元素取值为1、-1、0, 0表示组成环不属于尺寸链, 1表示组成环为增环, -1表示组成环为减环, TD的每一行表示一个尺寸链
TT为尺寸链公差矩阵 (11×11) , 其元素取值0或1, 0表示组成环不属于尺寸链, 增环与减环均表示为1。
我们把尺寸编号中的左右端面号拆开成左右两个端面号, 如工序尺寸D1A2拆为D1和A2, 组成两个11×2的矩阵a和b, 即
同一行的两个端面号合起来表示一个尺寸, 把每个端面号作为字符串赋予一个字符串变量, 相同元素的字符串变量相同, 按尺寸链原理分别查找出11个尺寸链组成环。
例如: (1) 尺寸A3D1→D1A3
尺寸A3D1的左右端面号分别是A3和D1, 从尺寸的左端面号A3开始查找a中的元素。含有A3的尺寸有D1A3, 该尺寸的另一端面号D1, 正好是尺寸A3 D1的右端面号D1。所以该设计尺寸链的组成环只有一个, 是二环尺寸链。
(2) 尺寸A3C2→D1A3→D1A2→A2C2
尺寸A3 C2的左右端面号分别为A3和C2, 从尺寸A3C2的左端面号A3开始查找a中的元素。含有A3的尺寸只有一个D1A3, 尺寸D1A3的另一端面号D1不等于C2, 继续查找, 含有D1的尺寸也只有一个D1A2, 该尺寸的另一端面号A2不等于C2, 再继续查找。含有A2的尺寸有两个, 即A2B2、A2C2, 先看尺寸A2B2, 此尺寸的另一端面号B2不等于C2, 继续查找, 再找不到含有B2的尺寸 (在一次查找中, 每个尺寸只能查找一次) , 说明尺寸A2B2不是尺寸链的组成环, 去除之。再看尺寸A2C2, 它的另一端面号C2等于C2, 说明尺寸A2C2是尺寸链的组成环, 所以尺寸A3C2的组成环为A2C2、D1A2、D1A3。
下面判断组成环的性质, 方法是顺尺寸链查找的顺序:如A3→D1→A2→C2→A3, 尺寸端面号顺英文字母方向的为减环, 逆英文字母方向的为增环。故所查找的尺寸链矩阵TD为
将TD中值为-1的元素值用1代替, 则有尺寸公差矩阵TT为
尺寸链查找的计算机计算流程图如图2所示。
3.2 尺寸链解算
(1) 尺寸链的基本尺寸计算
一般来说, 毛坯尺寸可根据毛坯精度、类型及型号查阅有关手册获得, 工序尺寸同样也可查手册获得。将其代入尺寸链矩阵方程式 (1) , 求得各个工序的基本尺寸。
(2) 尺寸链的公差确定
根据工序基本尺寸及平均精度初拟工序尺寸公差值, 根据毛坯精度初拟毛坯公差值, 代入尺寸公差矩阵方程式 (2) 即可求得设计尺寸公差和工序余量公差。
(3) 设计尺寸公差值验算
验算各尺寸公差值时, 各组成环的公差之和不超过相应封闭环的公差。若组成环的公差大于设计尺寸公差, 则需调整初拟的工序尺寸公差, 重新分配设计尺寸公差值。通常封闭环公差分配采用4种方法:1) 按等公差值原则分配封闭环的公差;2) 按等公差等级原则分配公差;3) 按等公差系数分配原则分配封闭环的公差;4) 根据工艺难易程度分配封闭环公差。
1) 、2) 与公差标准及实际相差较大, 4) 较难确定, 在大多数情况下凭经验。采用3) 等公差系数原则分配封闭环的公差, 既能满足封闭环公差等于各组成环公差的要求, 又兼顾了各组成环尺寸大小及对加工精度的不同要求, 符合实际加工要求, 故采用方法3) 。设公差分配系数为R, 有:式中:T0为封闭环公差, 为各组成环经济精度之和。则调整之后的工序尺寸公差T’i有:T’i=R Ti。将T’i重新代入尺寸公差矩阵方程, 校核封闭环公差是否超差。最后按入体原则确定各工序尺寸的偏差。
(4) 工序余量验算
通常情况下, 最后一道工序对保证加工精度是最重要的。所以一般只对各表面最后一道工序的工序余量进行校核和验算。方法是:根据有关工艺资料和生产经验确定最小工序余量, 验算最后各道工序的工序余量是否超差。如果超差则重新调整工序尺寸和毛坯尺寸公差, 取低一级的经济精度公差值, 代入尺寸公差矩阵方程, 校核余量公差是否合格。
4. 结束语
计算尺寸链系统成功的解决了在CAPP中调用自动计算尺寸链的功能, 可在传统的工艺设计中单独使用, 该系统具有如下优点:
良好的移植性:工艺尺寸链的自动计算, 是作为CAPP的辅助功能模块进行开发的。因此, 可以作为一个完整功能模块很好地移植在不同的CAPP系统中。
高的计算效率:系统的计算效率明显提高, 计算界面直观、简捷, 计算结果的准确性比手工计算有了明显的改善。
自动分析、分配公差关系:根据输入的参数, 自动确定要计算的尺寸链的类别, 分析组成环和封闭环的公差关系, 并按照工艺加工的原则进行调整。
具备装配尺寸链计算模块:装配中, 修配装配法计算特点尤为突出, 系统输入各个尺寸链的属性、尺寸大小、上下偏差等参数和必修量, 自动根据修配环修配时对封闭环的影响关系调出不同的计算公式, 加上操作者的人工干预, 计算修配尺寸。
参考文献
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计算机辅助工艺规划 篇8
基于普通液压机床与数控机床优缺点的对比分析, 从加工制造企业的实际需要出发, 提出一种普通液压机床数字化控制改造方案, 在此基础上创造性的重点研究一种液压机床加工工艺流程图形化计算机辅助设计系统, 两者有机结合构成液压机床CAPP/CAM一体化集成系统。其主要意义在于: (1) 提高普通液压机床的自动化程度和灵活性, 使其能象数控机床一样通过配置编程加工不同种类、规格的零件; (2) 克服数控机床编程维护复杂的缺点, 提供一种图形化、简便形象的工艺流程设计手段; (3) 成本低廉的完整解决方案。
1 液压机床数字化改造方案
为使普通液压机床具有可编程特性, 首先需对机床进行电气化改造。基于普通液压机床工作特点, 将所有机床状态、位置等信息规整为标准开关量信号, 采用电磁阀等控制气动单元、液压单元执行机床动作。从而, 将机床控制问题简化为对一序列开关量信号的处理问题, 包括检测信号和控制信号。在此基础上, 研发一款可采集和输出标准开关量信号, 处理工艺流程的数字控制电路板 (以下统称数控板) , 完成机床的数字化改造。数控板并不直接提供生成工艺流程的功能, 只是根据预置的工艺流程数据执行相关动作, 从而降低其复杂度。但是, 固化的工艺流程会使机床失去灵活性, 不能体现数字化控制的优势[2]。因此, 数控板中预置的工艺流程数据必须可以简便的修改, 这一功能由图形化计算机辅助工艺设计系统 (以下统称图形化CAPP系统) 来完成。
图形化CAPP系统将液压机床的开关量信号序列抽象为规范I/O对象, 并增加定时、计数等内置对象, 提供一种完全不同于数控机床G代码编程方式的、基于时间轴的流程图式的简易编程界面, 从而使液压机床既具有类似数控机床的适应不同产品、工艺的可编程的特点, 又不需要掌握复杂的数控编程技术, 一线产业工人可快速上手;设计系统提供CAM接口, 图形化设计结果可直接转化为数控板可解释执行的编码送往数控板用于机床加工控制。图形化计算机辅助工艺设计系统创造性的实现了一种价格低廉、可图形化编程、操作简便的液压机床升级改造或设计制造的解决方案[3]。
2 工艺流程算法模型
图形化CAPP系统的最基本目标是灵活、简便, 既要使液压机床具备一个类似数控机床的可编程特性, 又要足够简单方便, 以降低成本和对操作人员的要求, 在进行软件系统设计时必须充分考虑这一需求。在算法设计中, 首先将机床实际工序、动作等抽象成不同的逻辑对象, 然后再根据具体机床、加工零件的不同创建不同的对象供用户使用, 并形成针对不同机床型号的配置文件[4]。
首先, 将机床加工过程中的各要素抽象为状态、转换条件和元件三种不同的对象类别, 其中元件又分为输入元件、输出元件和逻辑元件三种类别, 见表1。
从表1可以看出, 系统最基本的组成单元为元件, 包括输入元件、输出元件和其它逻辑元件。输入元件为液压机床检测信号的映射, 输出元件则为机床控制信号的映射, 输入元件和输出元件合称I/O元件, 与数控板上的输入点和输出点一一对应, 即输入元件读取对应输入信号的值, 输出元件则数控控制信号以指令液压机床工作。其它逻辑单元则包括定时元件、计数元件和中间元件等, 中间元件指不直接对应数控板实际输入输出, 内部的中间变量。所有元件的值只有1和0两种情况, 但同时可以包含其它属性, 如定时元件还具备设定值、当前值等属性。
转换条件为元件的复合体, 可以包含I/O元件、定时和计数元件等。转换条件的值和元件一样, 只有1和0两种情况, 由元件间进行与、或、非逻辑运算而来。转换条件用于系统状态间的切换, 例如若当前状态为快速进刀, 碰到行程开关后机床切换为进给加工状态, 则转换条件为行程开关信号有效 (值为1) ;若除行程开关外还需其它信号有效, 则转换条件为两者值的逻辑与。定时和计数元件则用于状态转换条件为时间或计数的场合, 例如一个状态维持若干时间后自动切换为下一状态。
状态对应着机床加工工序, 分基本状态和复合状态。基本状态为一序列输出元件的组合, 即通过输出信号控制机床各电磁阀正确得电和失电, 完成一个工序。复合状态为子状态、转换条件的组合, 也可理解为符合状态中又可以包含一个工作流程, 即状态中的子状态可以象主处理流程中的状态一样根据转换条件进行切换, 这样使系统具有足够的灵活性。
依据状态、转换条件、元件之间相互关联特点, 系统算法采用采用递归组合模式 (COMPOSITE模式) , 其对象结构如图1所示。
其中, 为统一算法模型, 基本元件可以进行逻辑取反操作, 基本元件间相互关系可以为空 (NOP) 、逻辑与、逻辑或三种, 而在基本状态中基本元件间相互关系固定为空 (NOP) 关系。状态理论上可以递归叠加, 但在本例中将其限定为两级, 以提高软件系统操作简便性。
3 图形化设计系统实现
3.1 对象与数据结构
根据工艺流程算法模型, 将系统各要素抽象为三大类别对象, 每个对象具有“值”及其它不同的属性。基本元件的属性构成见表2。
对输入元件、输出元件来说, 地址对应实际数控板中输入输出通道相应地址, 对计时、计数和中间元件来说地址为一个唯一编号, 以区分不同的元件。设置值与前值的目的为判断元件值的变化, 得到其上升沿和下降沿。
对转换条件、状态这两类对象而言, 除具备基本元件中的别名、地址 (编号) 、值、前值、描述等必备属性外, 还具有基本元件或组合的子对象列表, 从而形成递归组合的形式表达整个工艺流程的构成。
基于上述分析, 系统采用双向链表结构来存储设计数据。首先创建一个抽象基类Node来表达所有对象的共有属性, 如前向指针、后向指针、别名、地址、值、前值、描述以及视图系统所需的坐标信息等;定义所有抽象接口, 如AddNode、DelNode、GetHead、GetTail、GetPrev、GetNext等对象添加删除及遍历操作[5]。
3.2 软件流程与实现
系统采用基于时间轴的流程图式界面设计, 所有对象采用拖放的形式加以创建。首先, 在视图中建立网格, 得到一个易于检测计算的坐标系统, 所有对象根据其坐标的不同分布于不同的网格中。从对象库中可拖放需要的对象到网格中, 并建立相互关联。界面的基本结构形式如图2所示:
图中每个状态和条件可以单独进行编辑, 复合状态的编辑以类似子程序编辑的方式呈现, 即与主流程的编辑界面一致。系统提供了仿真运行功能, 按照状态顺序扫描执行, 并在界面中显示当前执行位置和基本元件的数据。
4 CAPP/CAM接口设计
在计算机图形化编辑环境中对液压机床工艺流程配置完成后, 需转换为特定编码下载到数控板中实际执行。为使系统具有良好的兼容性和可扩展性, 系统定义了一种文本格式中间代码, 即系统在进行CAPP/CAM代码转换时经过图形系统、中间代码、执行代码三个环节。
首先, 系统将图形数据转换为文本格式中间代码。在进行转换时按照工艺流程走向依次展开, 在每个中间文件的头部有段代码表达元件名称和地址间的相互映射, 即类似于可编程控制器 (PLC) 中的I/O分配表 (分别用X、Y、T、C和M表示表2中的基本元件) ;每个状态以Section开始, 以End结束, 碰到复合状态则以同样的方式进行递归展开;每个转换条件以Condition开始, 以End结束;输出元件赋值以name:value形式表达, 如Output1:1;转换条件中基本元件之间的关系以串并联的概念表达。基本的中间代码格式如下所示:
上例中的condition表达的逻辑关系为Input1和Input2进行逻辑或运算后, 结果和Input3进行逻辑与运算。并联Input1和Input2并联后与Input3串联, 即先或操作后再与操作。
将图形数据转换为中间文件后, 为减少代码体积, 可见中间文件进一步进行编码, 生成最终执行文件, 下载到数控板中执行。且由于中间文件具体通用性, 要使系统支持不同的CAM硬件系统 (如不同的数控板) , 只需修改中间文件到执行代码的编码程序即可, 使系统获得了良好的可扩展性。
5 结语
液压机床图形化CAPP系统提出了一种价格低廉的液压机床升级改造方案, 实用价值高。从提高整体性考虑, 还可以进一步精简优化CAPP系统的操作和数据模型, 将其从计算机上移植到嵌入式设备, 如人机界面系统中。另外, 系统最后生成的执行代码除本文提出的编码方法外, 也可直接加入单片机代码编译系统, 即将中间代码编译成单片机可直接运行的二进制编码, 从而实现编译运行而不是解释运行, 以提高系统性能。
摘要：针对普通液压机床自动化程度不高, 工艺流程固化的问题, 提出数字化改造思路, 并重点研究一种液压机床加工工艺流程的图形化计算机辅助设计系统 (CAPP) 。系统提供一种流程图式简易编程界面, 使液压机床既具有类似数控机床的能适应不同产品、工艺的可编程的特点, 又不需要用户掌握复杂的数控编程技术, 实用价值高。
关键词：液压机床,数控,加工工艺,图形化设计,CAPP
参考文献
计算机辅助工艺规划 篇9
1人工智能和计算机辅助工艺的概述
1.1人工智能
人工智能在计算机设备中的应用,让计算机设备具有人性化,满足计算机高级运用需求。目前,在推理能力基础上对人工智能进行研究已经获得明显成就,逐渐向并行化处理功能与模糊处理功能方向发展。
1.2计算机辅助工艺设计
计算机辅助工艺设计最初出现于上世纪70年代,计算机辅助工艺设计的出现引起了人们的重视,从目前发展来看,计算机辅助工艺设计的发展过程中经历了5个阶段:交互式、智能化、派生式、综合式与创成式等,而计算机辅助工艺发展的关键是智能化,也是未来计算机辅助工艺设计发展的方向。计算机辅助工艺设计的应用能够改变传统工作中人工重复性操作的情况,解放大批手工劳动,实现信息化技术,让人们将更多精力放在研发新技术和工艺上。同时,达到资源的优化配置,提升生产效率,节约生产升本,为生产提供技术支撑。
2人工智能在计算机辅助工艺设计中的应用
2.1人工智能技术
在计算机辅助工艺设计过程中应用人工智能技术,带来最明显的优点就是智能化,对于计算机辅助工艺设计来说,计算机辅助设计技术本身无法脱离辅助工具的范畴,但是,由于人工智能的运用,改变了计算机作为辅助工具的状态,使计算机辅助工艺设计系统具备相应的智能分析能力。
目前,在计算机辅助工艺设计中人工智能技术的有效运用,具体体现在推理能力上,主要包括模糊推理功能与混沌理论推理功能。在实际运用人工智能技术过程中这些推理功能都是相互渗透综合使用的,而不是单独使用的,它们在使用过程中发挥各自优势,弥补双方缺陷。例如人工神经网络技术的特性具有自觉形象思维,而模糊图例特性具有逻辑思维,人工智能技术可在计算机辅助工艺设计过程中将这两种技术进行互补,以此提升计算机辅助工艺设计系统的智能化水平。在计算机辅助工艺设计研究的领域中,大部分研究主要集中在研究机械产品设计理论、方法上,而研究辅助工艺设计的技术相对较少。由于设计活动中辅助工艺设计和机械产品设计存在趋同性,所以,可以推断出计算机辅助工艺技术智能化设计理论和方法主要有三部分构成:基础科学层、智能化设计方法层级信息技术层。
2.2遗传算法
遗传算法作为计算机辅助工艺设计系统中人工智能的重要系统,是指模仿达尔文遗传选择与自然淘汰生物进化论过程的一种计算模型,能够通过模仿自然进化论搜索出最优解的方法。遗传算法是开始于代表问题中可能存在的解集种群,而这些种群的组成主要是基因编码个体联合形成的,每一个基因编码个体实际上就是染色体特性的实体。所以,在工艺设计初期,需要将表现型到基因型的编码工作全部完成。例如二进制编码,在初代种群全部完成后,根据优胜劣汰以及适者生存的原理,对产生的近似值进行演化,按照问题当中的实体适应度在每一代中选出合理的实体,并通过自然遗传学的算子让种群组合变异再组合,从而形成新的解集种群。这些种群的变化过程就相当于进化过程,后代会比前代更加适应环境,而最后一代种群中的最有实体经过解码之后,可以将其作为问题最优解的近似值。
2.3人工神经网络技术
计算机辅助辅助工艺设计的产品相对比较复杂,影响因素具有不确定性早期只能依靠成组技术的CAPP系统和以往操作经验来解决这些产品工艺设计的问题,整个生产设计工艺的效率低。随着人工神经系统技术的产生、应用,有效解决了这些问题,提高了计算机辅助工艺设计的技能。
人工神经网络技术是根据生物神经系统的基本原理对真实世界客观事物进行处理,主要由单一的非线性处理单元合并形成的,可以分布、联合存储信息,同时自动组织、学习记忆。在计算机辅助工艺设计过程中人工网络神经技术的运用,可以自我适应、调节。例如计算机辅助工艺设计过程中,人工神经网络技术的运用,最初是核对基本数值与系统内部的具体情况,检测自身适应性,以此推演、修改神经网络中每个节点,从而调整网络运用的适应性。
2.4粗糙集技术
该项技术作为现代人工智能领域中计算机辅助工艺设计系统的模糊控制技术,粗糙集技术应用目的是为了有效解决计算机辅助工艺设计系统中模糊不清的问题。例如计算机辅助工艺设计系统一旦出现模糊不清的问题,人工智能技术即可通过迷糊对比分析方式,根据问题影响作用的大小对问题影响因素进行排列,同时,进行加权赋值,然后借助预设判断算法剥离冗余的条件属性与因素,最后剩下的条件因素即是模糊现象的正解。
3结束语
综上所述,人工智能是现代生产生活过程中效率的倍增器,在计算机辅助工艺设计中应用人工智能,可以提高计算机辅助设计系统的能力,提升工作质量与效率,节约成本,方便操作,为计算机辅助工艺的发展指明了新的方向。
参考文献
[1]王一平.人工智能在计算机辅助工艺设计中的应用[J].自动化与仪器仪表,2012(04):90-92.
[2]吴爽.人工智能在计算机辅助工艺设计中的应用[J].电子制作,2015(06):45-45,46.